PL227173B1

PL227173B1 - na osnowie srebra

Info

Publication number: PL227173B1
Application number: PL412061A
Authority: PL
Inventors: Jan Dutkiewicz
Original assignee: Akademii Nauk Im Aleksandra Krupkowskiego; Inst Metalurgii I Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk Im Aleksandra Krupkowsk
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2017-11-30
Also published as: PL412061A1

Abstract

Kompozyt na osnowie srebra charakteryzuje się tym, że zawiera od 0,5 do 5% wagowych grafenu płatkowego o wyjściowej grubości płytek 2 - 4 nm oraz 95 do 99,5% wagowych proszku srebra. Przedmiotem wynalazku jest też sposób wytwarzania kompozytu na osnowie srebra.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozyt na osnowie srebra i sposób wytwarzania kompozytu na osnowie srebra z przeznaczeniem zwłaszcza na styki elektryczne.

Dotychczas na styki elektryczne stosuje się stopy na osnowie srebra z dodatkami pierwiastków takich, jak Ni, Cd, Pd, Pt posiadające przewodnictwo stanowiące 30-70% przewodnictwa czystego srebra i twardość 50-150% wyższą od twardości czystego srebra. (ASM Handbook wyd. ASM International ASM Metals Park Ohio).

Ponadto proponuje się na styki kompozyty na osnowie srebra. Kompozyty z dodatkiem wolframu lub węglika wolframu WC mają podobne własności, jednak występuje znaczny spadek przewodnictwa (do 50%) przy wzroście twardości do około 150%. (Fehim Findik, Huseyin Uzun Materials and Design 24 (2003) 489-492). Stąd w ostatnich latach prowadzi się próby wytwarzania (?) kompozytów z dodatkiem nanografitu, (Bharati R. Rehani, P.B. Joshi V.K. Kaushik, nanostructured electrical, Indian Journal of Engineering & Materials Science vol. 16 (2009) p281-287) lub nanorurek węglowych (Hemant Pal and Vimal Sharma, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials Vol. 21, (2014), Page 1132). W pracach tych bada się przewodnictwo elektryczne i właściwości mechaniczne kompozytów na osnowie srebra z dodatkiem różnych odmian alotropowych węgla wytwarzanych metodami metalurgii proszków i przeznaczonych na styki elektryczne.

Dotychczas nie znane są prace na temat kompozytów na osnowie srebra z dodatkiem grafenu lub grafenu płatkowego z przeznaczeniem na styki elektryczne.

Celem wynalazku jest wytworzenie kompozytu na osnowie czystego srebra który posiada znakomite przewodnictwo elektryczne, znacznie lepsze od przewodnictwa srebra lub miedzi i wysoką wytrzymałość (przewyższającą kilkukrotnie wytrzymałość stali stopowych).

Zgodnie z wynalazkiem kompozyt na osnowie srebra zawiera od 0,5 do 5% wagowych grafenu płatkowego o wyjściowej grubości płytek 2-4 nm oraz 95 do 99,5% wagowych proszku srebra.

Sposób wytwarzania kompozytu na osnowie srebra według wynalazku polega na tym, że proszek osnowy (srebra) miele się z dodatkiem grafenu płatkowego o grubości płytek 2 do 4 nm, w ilości 0,5-5% wagowych, w kulowym młynku ceramicznym przez okres od 0,2 godziny do 5 godzin, po czym konsoliduje się na gorąco w temperaturze 400-800°C przez prasowanie przy ciśnieniu w przedziale

20-600 MPa w pojemnikach metalowych w próżni co najmniej 10^-2 bar.

Zalety kompozytu na osnowie srebra według wynalazku - to bardzo dobre przewodnictwo elektryczne zbliżone do przewodnictwa dla czystego srebra, lecz znacznie wyższa wytrzymałość mechaniczna.

Przedmiot wynalazku jest pokazany na rysunku, a którym fig. 1 przedstawia mikrostrukturę uzyskaną za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego SEM kompozytu na osnowie srebra z dodatkiem 1% wag. grafenu płatkowego FLRGO, fig. 2 przedstawia fotografię dysku z kompozytu na osnowie srebra z dodatkiem 1% grafenu płatkowego FLRGO po 50 000 operacjach łączeń przy prądzie 10 A i napięciu 500 V, fig. 3 przedstawia mikrostrukturę uzyskaną przy pomocy mikroskopu skaningowego przedstawiająca kompozyt na osnowie srebra z dodatkiem 2% wagowego grafenu płatkowego FLRGO, a fig. 4 przedstawia fotografię dysku z kompozytu na osnowie srebra o zawartości 2% grafenu płatkowego FLRGO po 50 000 operacjach łączeń przy prądzie 10 A i napięciu 500 V.

Sposób wytwarzania zobrazowano w przykładach wykonania:

P r z y k ł a d 1

Fig. 1 przedstawia mikrostrukturę SEM kompozytu uzyskanego przez jednoosiowe prasowanie na gorąco w temperaturze 490°C przy ciśnieniu 550 MPa w pojemnikach miedzianych w próżni

10^-2 b., proszku srebra mielonego wcześniej przez okres 2 godzin w młynku kulowym przy użyciu pojemnika i kul tlenku cyrkonu z dodatkiem 1% wagowego grafenu płatkowego wytworzonego w firmie Nanomaterials z Warszawy, oznaczonego przez wytwórcę jako FLRGO. Wyjściowa grubość płytek grafenu była 2-4 nm, a ich szerokość do kilku mikrometrów. Kompozyt posiadał po prasowaniu wymiary dysku o średnicy 20 mm i grubości 5 mm. Widocznym jest, że kompozyt ma bardzo niską porowatość poniżej 0,3% oraz dość równomierny rozkład grafenu płatkowego, jakkolwiek widać niewielką tendencję do aglomeracji grafenu na granicach cząstek proszku srebra. Zmierzona oporność elektryczna kompozytu wynosiła 1,88 Ω m 10^-8, co w porównaniu do oporności czystego srebra (1,59 Ω m 10^-8) stanowi wzrost oporności i spadek przewodnictwa o 18%, a twardość 37 HV w porównaniu do 29 HV dla czystego srebra w stanie odlewanym i wyżarzonym.

PL 227 173 B1

Fig. 3 przedstawia fotografię próbki kompozytu z dodatkiem 1% grafenu FLRGO po 50 000 operacjach łączeń przy napięciu 500 V i prądzie 10 A. Widoczne są po jednej stronie efekty zużycia i utleniania jednakże całkowity ubytek masy wyniósł tylko 4,3 mg, co na tle innych kompozytów ((jak np. srebro z dodatkami faz ceramicznych SnO2 czy WC)) stanowi bardzo dobry wynik i w połączeniu z bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym i wynikami badań twardości potwierdza wysoką przydatność kompozytu jako materiału na wysokoprądowe styki elektryczne.

P r z y k ł a d 2

Fig. 2 przedstawia mikrostrukturę SEM kompozytu uzyskanego poprzez jednoosiowe prasowanie na gorąco (w temperaturze 490°C) przy ciśnieniu 550 MPa w pojemnikach miedzianych w próżni

10^-2 b., proszku srebra mielonego wcześniej przez okres 2 godzin w młynku kulowym przy użyciu pojemnika i kul tlenku cyrkonu) z dodatkiem 2% wagowych grafenu płatkowego wytworzonego w firmie Nanomaterials z Warszawy, oznaczonego przez wytwórcę jako FLRGO. Kompozyt posiadał po prasowaniu wymiary dysku o średnicy 20 mm i grubości 5 mm. Widocznym jest, że czy rozkład grafenu płatkowego, jakkolwiek w porównaniu do kompozytu przedstawionego na fig. 1 pasma grafenu są częściej rozmieszczone, tak z uwagi na ich większą ilość jak i większe utwardzenie próbki podczas mielenia. Zmierzona oporność elektryczna kompozytu wynosiła 1,88 Ω m 10^-8, co w porównaniu do oporności czystego srebra (1,59 Ω m 10^-8) stanowi wzrost oporności i spadek przewodnictwa o 18%, a twardość 41 HV w porównaniu do 29 HV dla czystego srebra w stanie odlewanym i wyżarzonym. Przyrost twardości stanowi około 40%, co niewątpliwie przyczynia się do wzrostu trwałości styków.

Fig. 4 przedstawia fotografię próbki kompozytu z dodatkiem 2% grafenu FLRGO po 50 000 operacjach łączeń przy napięciu 500 V i prądzie 10 A. Widoczne są po jednej stronie efekty zużycia i utleniania jednakże całkowity ubytek masy zestyku nieruchomego wyniósł tylko 4,2 mg, co na tle innych kompozytów (jak np. srebro z dodatkami faz ceramicznych SnO2 czy WC) stanowi bardzo dobry wynik i w połączeniu z bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym i wynikami badań twardości potwierdza wysoką przydatność kompozytu jako materiału na wysokoprądowe styki elektryczne.

Claims

1. Kompozyt na osnowie srebra, znamienny tym, że zawiera od 0,5 do 5% wagowych grafenu płatkowego o wyjściowej grubości płytek od 2 do 4 nm oraz 95 do 99,5% wagowych proszku srebra.

2. Sposób wytwarzania kompozytu na osnowie srebra, znamienny tym, że proszek osnowy (srebra) w ilości 95 do 99,5% wagowych miele się z dodatkiem grafenu płatkowego o grubości płytek od 2 do 4 nm, w ilości 0,5-5% wagowych, w kulowym młynku ceramicznym przez okres od 0,2 godziny do 5 godzin, po czym konsoliduje się na gorąco w temperaturze

400-800°C przez prasowanie przy ciśnieniu w przedziale 20-600 MPa w pojemnikach meta-2 lowych w próżni co najmniej 10^- bar.